Как защититься от коррозии металла

N+1Наука

За нами не заржавеет

Как защититься от коррозии металла

Наталья Самойлова

Коррозии подвластно все: от велосипеда, который вы оставили под дождем, до мостов, самолетов и нефтяных танкеров. Нередко она становится причиной страшных аварий, а на борьбу с ее последствиями человечество каждый год тратит 3,4 процента ВВП. Вместе с Уральским федеральным университетом (УрФУ) разбираемся, с чего начинается процесс коррозии, почему нельзя сажать медную обшивку на железные гвозди и как нам могут помочь бактерии и 3D-печать.

Медь, железо и гады морские

В 1761 году сотрудники Британского адмиралтейства решились на смелый эксперимент: покрыть деревянное судно медной обшивкой. Предполагалось, что она защитит корпус и днище от моллюсков, которые нарастали вокруг киля и тормозили движение судна. Некоторые разновидности этих беспозвоночных даже протачивали деревянные доски. Медь должна была уберечь деревянный корпус, а ее уже известные к тому моменту токсические свойства — не дать моллюскам прицепиться сверху.

Полем для экспериментов стал новый 32-пушечный фрегат Alarm, спущенный на воду в 1758 году. Обшивку сделали из тонких медных листов, которые закрепили на дереве с помощью железных гвоздей. После этого Alarm снова отправился в плавание. Когда спустя два года фрегат вытащили на берег и тщательно осмотрели, выяснилось, что медная обшивка выполнила свою задачу на отлично. Деревянный корпус фрегата почти не пострадал, а слой моллюсков, наросший вокруг киля, был совсем небольшим. Но вот сама обшивка оказалась не в лучшем состоянии и местами уже буквально отваливалась — и все из-за железных гвоздей, некоторые из которых проржавели насквозь.

Инженеры, которые осматривали корабль, удивились: железные гвозди и другие детали до этого уже использовали в кораблестроении, но никогда они не выходили из строя так быстро. Более детальный осмотр выявил еще один удивительный факт: сильнее всего пострадали гвозди, которые находились с медью в непосредственном контакте, а те, что были изолированы деревом или вощеной бумагой, сохранились лучше.

Аlarm сражается против двух испанских судов. Битва происходила в 1762 году — как раз во время эксперимента с медной обшивкой. Dominic Serres / Capture of the Spanish ships Thetis and Phenix by the Alarm in the West Indies

Сотрудники Адмиралтейства сделали вывод, что медь можно использовать для защиты судов, но между слоями железа и меди необходимо делать изолирующие прокладки. Эта история — один из первых изученных и описанных в литературе случаев электрохимической коррозии металлов.

Что такое коррозия

Коррозией называют разрушение металла в результате химического, электрохимического или физико-химического взаимодействия с окружающей средой. Науке известно множество видов коррозии, и все они начинаются по-разному.

Самый простой вариант коррозии — химическое окисление. В воздухе содержится 21 процент кислорода, который является сильным окислителем и всегда готов вступить в реакцию с металлами, превращая их в соответствующие оксиды. Чтобы оценить принципиальную возможность и скорость этого процесса, нужно учесть активность конкретного металла, давление кислорода и температуру.

Самые активные щелочные металлы — литий, натрий и другие — мгновенно вступают в бурную реакцию с кислородом, поэтому в лабораториях их хранят под слоем керосина. Благородные металлы, например золото и платина, не окисляются даже при самых высоких температурах. Платиновые тигли можно использовать для проведения термогравиметрического анализа при температурах вплоть до 1600 градусов Цельсия.

Остальные металлы располагаются где-то между этими крайними случаями. Например, железо (Fe) начинает активно реагировать с кислородом воздуха при температуре выше 200 градусов Цельсия, а без нагревания реакция идет медленно. Слой оксида, появившийся на поверхности металла, дополнительно ее замедляет: новым молекулам кислорода становится труднее добраться до поверхности металла. Поэтому в сухом воздухе конструкции из железа и близких по активности металлов сохраняются достаточно хорошо.

Но все меняется, когда в дело вступает вода.

Просто добавь воды

Как правило, на металлических конструкциях встречаются детали, выполненные из другого металла или сплава, например заклепки и сочленения. Во время погружения в воду место контакта двух металлов работает как гальванический элемент, то есть химический источник электрического тока. Никакие провода для этого не требуются — точнее, проводником выступает вся металлическая конструкция. Более активный (с более низким электродным восстановительным потенциалом) металл становится «анодом»: он передает часть электронной плотности другому металлу, а сам начинает растворяться, переходя в состояние катиона. Менее активный металл выступает в роли «катода»: полученные электроны на нем используются для восстановления кислорода.

Затем два новых иона, катион металла и кислородсодержащий анион, соединяются и образуют гидроксид или оксид. Второй металл, как правило, в химические превращения не вступает и остается только проводником электронов. При этом образующийся оксид постоянно находится в контакте с жидкостью. Вода с растворенным кислородом может проникать под слой оксида и взаимодействовать с ним, и тогда реакция продолжается. Как раз такой процесс и произошел в обшивке фрегата Alarm: катодом стала медь, а анодом — железные гвозди.

Нежелательный гальванический элемент может образоваться и на однородной металлической конструкции — возле дефекта, шероховатости или загрязнения. Все подобные процессы относятся к электрохимической коррозии.

Если металл взаимодействует с растворами кислот, коррозия происходит еще быстрее. В этом случае необязательно, чтобы разные металлы соседствовали друг с другом: металл может вступить в окислительно-восстановительную реакцию с катионами водорода H

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

Известный по единственному крылу вид козодоев оказался гибридом Известный по единственному крылу вид козодоев оказался гибридом

Как ученые раскрыли одну из главных орнитологических загадок спустя 35 лет

N+1
5 причин, по которым лучше быть простой кассиршей, чем княгиней на Руси 5 причин, по которым лучше быть простой кассиршей, чем княгиней на Руси

Может показаться, что жизнь княгини — мечта любой женщины

VOICE
Истина Шредингера: почему физики не могут договориться об устройстве мира Истина Шредингера: почему физики не могут договориться об устройстве мира

Почему взгляды ученых на природу реальности драматически расходятся?

Forbes
Азиатский fusion Азиатский fusion

Азиатский фьюжн подарил миру немало гастрономических гибридов

Bones
Возможно, математик раскрыл тайну красивейших птичьих мурмураций Возможно, математик раскрыл тайну красивейших птичьих мурмураций

Математик Энди Рейнольдс, возможно, разгадал тайну птичьих мурмураций

ТехИнсайдер
«Разум — единственное мирное оружие»: 5 жизненных уроков Альберта Эйнштейна «Разум — единственное мирное оружие»: 5 жизненных уроков Альберта Эйнштейна

Пять ключевых идей лауреата Нобелевской премии Альберта Эйнштейна

Psychologies
Семь советов: как не поправиться в Новый год? Семь советов: как не поправиться в Новый год?

Как же наслаждаться новогодней едой, не рискуя фигурой?

Здоровье
Срыв дедлайнов и депрессия: к чему приводит перфекционизм Срыв дедлайнов и депрессия: к чему приводит перфекционизм

К чему приводит неуемная тяга к совершенству?

Psychologies
Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана Всеславянский союз от Адриатики до Тихого океана

Как Николай Данилевский заслужил славу идеолога панславизма

Наука
Уроки санскрита: что такое «кама мута» и как найти любовь в мелочах Уроки санскрита: что такое «кама мута» и как найти любовь в мелочах

Быть движимым любовью — что это за чувство и как оно наполняет жизнь смыслом?

Forbes
Сладкие эксперименты Сладкие эксперименты

В конфете одинаково важны и вкус, и внешний вид

Bones
Нужный из Нижнего Нужный из Нижнего

«Соболь NN» в контексте точечной застройки мегаполиса

Автопилот
Тайны асимметричного мира: почему большинство людей — правши Тайны асимметричного мира: почему большинство людей — правши

Глава из книги «Почему сердце находится слева, а стрелки часов двужутся вправо»

Forbes
Безусловная любовь Безусловная любовь

Новогодняя съемка с Полиной Гагариной и ее повзрослевшим сыном Андреем

OK!
Крестная мать кокаина, Кровавая Мэри и любовница мафиози: 5 самых известных женщин-гангстеров в истории Крестная мать кокаина, Кровавая Мэри и любовница мафиози: 5 самых известных женщин-гангстеров в истории

Женщины-гангстеры, которые были такими же безжалостными как их коллеги-мужчины

ТехИнсайдер
Не романтика, а пытка: 4 причины, по которым ты бы убежала в ужасе с бала в Зимнем дворце Не романтика, а пытка: 4 причины, по которым ты бы убежала в ужасе с бала в Зимнем дворце

Думаешь, русские аристократки мечтали о балах?

VOICE
Что происходит с телом, когда ты читаешь плохие новости, и как ему помочь Что происходит с телом, когда ты читаешь плохие новости, и как ему помочь

Информационное цунами уносит нас в открытый океан негатива

Лиза
Огонь, иди со мной Огонь, иди со мной

Пять моментов из многолетней истории любви человека к плюющейся огнем машине

Men Today
Зачем самолеты бьют хвостом по взлетно-посадочной полосе и высекают искры? Зачем самолеты бьют хвостом по взлетно-посадочной полосе и высекают искры?

Иногда при испытаниях пилоты самолетов касаются хвостом взлетной полосы

ТехИнсайдер
Жемчужина династии Жемчужина династии

В романе «Королева Марго» весь сюжет написала сама Маргарита

Дилетант
Все, что вы могли пропустить: 5 главных фантастических книг 2022 года Все, что вы могли пропустить: 5 главных фантастических книг 2022 года

Самые примечательные книги жанра фантастики, увидевшие свет в этом году

ТехИнсайдер
Михельсон и пустота: что не так с Домом культуры «ГЭС-2» за $470 млн Михельсон и пустота: что не так с Домом культуры «ГЭС-2» за $470 млн

Почему Дом культуры «ГЭС-2» называют мертворожденным и лишенным смыслов?

Forbes
Мэрилин Монро и пограничное расстройство личности. Что мы знаем о «звездном» диагнозе Мэрилин Монро и пограничное расстройство личности. Что мы знаем о «звездном» диагнозе

На примерах звезд разбираемся, какое слово в аббревиатуре ПРЛ ключевое

Psychologies
Интимный секрет викторианской эпохи: как дамы в громоздких платьях ходили в туалет Интимный секрет викторианской эпохи: как дамы в громоздких платьях ходили в туалет

Что ж, раскроем главный секрет женской гигиены XIX века

ТехИнсайдер
5 книг, которые считаются “проклятыми” 5 книг, которые считаются “проклятыми”

Книги, которые обвинялись в безумии и смертях своих хозяев

ТехИнсайдер
Анна Ахматова: сложное сердце Анна Ахматова: сложное сердце

Можно ли поведать историю Анны Ахматовой через ароматы?

СНОБ
В школьной форме и с мечом: как японские бандитки 1970-х вошли в массовую культуру В школьной форме и с мечом: как японские бандитки 1970-х вошли в массовую культуру

Субкультура, бросившая вызов патриархальному японскому обществу

Forbes
Доходные надои Доходные надои

В молочной отрасли в 2022 году выросла рентабельность производства

Агроинвестор
Первая позиция Первая позиция

Почему за миссионерской позой закрепилась репутация скучной и консервативной?

VOICE
Голливудский режиссер уже больше 40 лет проповедует особый тип медитации. Попробуете? Голливудский режиссер уже больше 40 лет проповедует особый тип медитации. Попробуете?

Как улучшить свою жизнь? Ответ Дэвида Линча — медитируйте!

ТехИнсайдер
Открыть в приложении